中国有色金属工业第十四冶金建设公司云南昆明650000
【摘要】基坑工程是建筑工程的一个重要组成部分，特别是深基坑工程施工的成败往往事关工程全局。深基坑施工的安全可靠，直接关系着高层建筑的安全性、稳定性和长久性。深基坑的支护工程要从支护的设计和施工两面着手，确保质量。良好的基坑支护施工技术，是整个工程施工顺利的前提与保证，是整个庞大工程的重要开端。文章结合某住宅小区实例，对深基坑工程支护施工技术进行了探讨。
【关键词】住宅小区；深基坑；支护；施工
1.工程概况
某住宅小区工程占地面积9407㎡。工程总建筑面积60693㎡,地下2层,地上分为5栋,其中1、2、3栋为24层住宅楼、4栋为9层住宅楼、5栋为17层住宅楼。基坑开挖深度约8m,东侧为居民区,基坑边线距居民楼最近点距离为7m左右,最远点距离约15m,此侧居民区住宅楼基础大部分为天然地基,楼高4层～5层,属待拆迁旧房,此侧基坑安全等级按一级基坑考虑控制变形,以提高邻近居民住宅楼的安全系数。南侧为小区道路,西侧为城市道路,基坑安全等级按二级考虑控制变形,北侧为一在建工地。施工现场十分狭小,不可以采用自然放坡法施工,需对基坑进行支护来保证施工期间的安全。
2.施工方案的选择
根据场地情况、地质条件及周边环境,本工程深基坑支护施工技术上采用:深层搅拌桩止水、钢管桩超前支护、预应力锚索控制基坑位移的加强型喷锚支护结构的复合型支护方案,即在东侧距居民区较近处采用桩锚支护;在场地较为宽松的地段坑壁顶部适当放坡的支护方案。
3.复合支护技术的应用
3.1土钉、锚索设计
3.1.1设计参数
(1)基坑开挖深度约8.0m,东、南、西侧边坡为垂直支护;北侧边坡采用放坡开挖,坡度为1∶0.4,并将此侧地面标高降低3m。
(2)超前钢管采用Φ89×2.7,成孔直径Φ110;土钉采用Φ25,孔径110,倾角为15°;锚索采用2×7Φ5钢绞线,成孔直径为130,倾角为25°自由段5m,锚固段大于20m。
(3)基坑侧壁安全等级:东侧为一级,重要性系数为1.10;南侧、北侧、西侧为二级,重要性系数为1.0。
(4)基坑边线外1m范围内不得堆载,1m以外地面超载不得超过15kPa。
3.1.2计算结果
(1)东侧(为离建筑物较近的部分)。①土钉采用Φ25钢筋,长度12m～16m、竖向间距上部是1.3m,下部1.0m;水平间距锚索部分为2.4m,土钉部分为2.4m;②采用超前钢管桩,间距为0.8m;③设二道预应力锚索来控制基坑变形:自由段5m,锚固段20m,设计抗拔力为280kN,锁定力为200kN。(2)西侧、南侧。①土钉采用Φ25钢筋,长度15m～16m。竖向间距:上部为1.3m～1.5m,下部为1.3m;水平间距:锚索部分为2.6m,土钉部分为2.6m;②超前钢管桩间距为1.0m;③采用二道预应力锚索来控制基坑变形,自由段5m,锚固段20m;设计抗拔力为280kN,锁定力为200kN。
(3)北侧。采用放坡结合土钉支护,坡度按1∶0.4进行,土钉采用Φ18钢筋。
(4)喷射面配筋。分布筋均为Φ8@200×200mm,土钉在坡面水平方向用2Φ16加强钢筋连接,加强筋穿过锚头里边,并与锚头焊接,焊接长度为160。
(5)注浆、细石混凝土坡面。①注浆采用32.5R水泥,水灰比为0.5,压力为0.4MPa～0.6MPa;②细石混凝土坡面C20混凝土配比为水泥∶砂∶石子=1∶1.7∶1.9,厚100mm,32.5R水泥。
3.2施工方法
总体施工顺序:搅拌桩施工→超前钢管桩施工→土方开挖→边坡土钉(锚索)施工。边坡支护土钉和锚杆施工顺序为:
(1)普通土钉。修理边坡→成孔→土钉安装→清孔、注浆→挂网→锚头固定→喷射细石混凝土。
(2)预应力锚索施工顺序。修理边坡→成孔→锚索安装→清孔→一次注浆→二次注浆→挂网→喷射细石混凝土→腰梁施工→预应力张拉。
3.2.1搅拌桩施工
因本工程砂层较厚,采用单排搅拌桩很难达到止水效果,故采用了双排搅拌桩。深层搅拌桩:采用大功率的搅拌桩机4搅4喷施工工艺,搅拌桩要求穿越砂层进入砂质粘性土不小于1000mm,相互搭接200mm,双排搅拌桩平面布置如图1所示。
水泥搅拌桩采用32.5R普通硅酸盐水泥配浆,水灰比0.55～0.6,每m桩身水泥用量为65kg/m。施工搅拌轴转速宜为中档,提升速度为0.8m/min～1.2m/min,不得太快,以免影响搅拌效果。施工前按图纸间距做好标志桩及控制线,施工过程中控制好桩身垂直度、有效桩长、桩顶及桩底标高。
3.2.2超前钢管施工
钢管桩:钢管桩主要是在土方开挖过程中,当土钉及锚杆还未施工(受力)时起超前支护作用。钢管采用Φ89×2.7,成孔直径Φ110,要求穿越砂层进入砂质粘性土不小于1500mm,且嵌固段不小于2000mm。用32.5R普通硅酸盐水泥配浆,水灰比0.55～0.6,清孔后由下往上注浆,注浆压力宜为0.5MPa～0.8MPa。施工前必须放出搅拌桩中心线,以防止钢管桩偏出搅拌桩,降低钢管桩作用。
3.2.3开挖土方及修整边坡
基坑开挖:搅拌桩龄期达到10d后,方可进行基坑开挖及喷锚支护施工,要求分层分段开挖,每层开挖深度应与锚杆竖向间距相匹配,超挖深度不得大于0.2m;土方开挖必须紧密配合土钉支护施工,严格做到开挖一层,支护一层,上一层未支护完或达不到注浆体强度的70%(即土钉龄期不得少于4d),不得开挖下一层,每段开挖长度宜为15m～20m。土钉喷锚部分施工时,上部喷射混凝土及土钉龄期大于4d,方可开挖下一层;预应力锚索锚固体强度及腰梁强度达到70%,方可张拉锁定。
3.2.4土钉、锚索施工
(1)成孔要求及偏差。根据设计间距及标高,定出孔位,作出标记。土钉水平方向孔距偏差不得大于50mm,竖直方向孔距偏差不得大于100mm,钻孔底部的偏斜尺寸不得大于杆长的3%,孔深不得小于设计长度,也不得大于设计的1%,土钉倾角要符合设计要求。
(2)土钉制作与安放。①土钉钢筋应平直,除油、除锈;②钢筋接头采用机械连接;③土钉沿轴线方向,每2m采用Φ10钢筋做对中支架(锚索对中支架采用Φ48×3.5钢管截成100mm长小段,在管壁上等间距焊3条Φ10,形状同土钉上对中器形状,并将对中器用铁丝将钢绞线绑扎在管面上)以保证杆体(锚索)在孔中央。④安放杆体(锚索)时,应防止杆体的变形。注浆管随杆体一同放入。注浆管距孔底宜为50mm～100mm;⑤杆体插入孔的深度不得小于杆体的95%。杆体放入后,不得随意敲击;⑥普通土钉外端头焊接2Ф25钢筋,每根钢筋长60mm,以增强抗拔力和固定钢筋网;⑦当孔成型安装土钉后,立即用压力水进行清孔,至孔口返出清水后进行注浆;⑧注浆管采用PVC塑料管,注浆管应送至孔底,以确保浆液送至底部,由下往上注浆;⑨当清孔至回水清澈时,立即改注预先配制好的水泥浆(水灰比为0.45)。应从孔底开始注浆直至孔口溢浆,并认定孔内已充满水泥浆时,将注浆管外拔至距孔口500mm外,停留10min～15min再进行补浆;⑩对预应力锚索二次注浆管,管底部离孔底约500mm,管底用胶布封口,注浆管从管端500mm处开始每隔1m开Φ8小孔并用胶布封住,防止次注浆水泥浆流入管内;(11)预应力锚索二次注浆只对锚固段进行,待一次注浆后4h～6h(水泥砂浆初凝后)进行,控制注浆压力为1.5MPa～2.0MPa,使浆液冲破第一次灌浆体,向锚固体和土壤间劈裂扩散,使之直径扩大,增加径向力,以提高抗拔能力。
(3)清孔、注浆。
3.2.5挂网、喷射速凝混凝土面层
(1)外网与杆连接要牢固,钢筋网采用Φ8@200双向钢筋,采用绑扎搭接,搭接长度>300mm,接头要错开,纵向钢筋插入土中长度应>300mm。
(2)网挂好后,安装加强筋,绑扎好钢筋保护层,经验收合格后喷射混凝土面层。
(3)混凝土面层厚度为100mm,施工前应进行配制试验,确定配合比;在干拌混合料时应拌合均匀,并掺入速凝剂10%,喷射枪头处的工作风压保持在0.3MPa;喷头应尽量与受喷面保持垂直,减少回弹及混凝土流淌现象,在面层上间隔2000mm×2000mm梅花形留置一个Φ50泄水洞,以排解坡面水及其压力。
3.2.6预应力锚索的张拉与锁定
(1)张拉时应分批从中间向两边对称进行,以减少由于结构变形及相邻锚索施工时引起的应力损失。
(2)锚索张拉分级进行,分别为设计值50%、75%、100%,每级锚索持荷约3min～5min,并测读锚头位移3次,作好张拉记录,然后卸荷至设计控制力后,稳压10min后锁定。
(3)锚索锁定后,应在锚头处做防锈处理。
3.3施工时应注意的几个方面
3.3.1原材料方面
所有原材料进场必须有出厂合格证,并经送检合格后方可使用。对于面层混凝土必须提前做好混凝土试配。
3.3.2施工工艺方面
(1)搅拌桩施工过程中要控制钻机提升速度,确保水泥浆与土充分搅拌均匀,控制好水灰比及每m桩身水泥用量。
(2)土钉、锚索方面:当有较厚砂层或淤泥内的土钉应采用钢花管,其余土层的土钉选用钻孔钢筋土钉,土钉(锚索)孔口处地面要比孔口标高低300mm左右,以确保孔内清出的泥浆能顺利流出。在天然地基下的锚索应逐条灌浆完成后再施工下一条,不得多条成孔,一次灌浆。对建筑物下的锚索成孔应下套管,以防止坍孔。二次注浆的时间要掌握好,过早、太迟均起不到效果。
4.实施效果
目前本工程已完成。基坑支护在采取该方案施工后,坑壁顶部边缘实测位移和沉降均控制在允许范围内:东侧沉降报警值为26mm,实际沉降14.73mm;水平位移报警值为35mm,实际位移25mm;其余部分,沉降报警值为40mm,实际沉降最大值为7.2mm;水平位移报警值为35mm,实际最大值为9mm。周边的房屋、道路及其他建(构)筑物均未发生变形、裂缝和沉降的现象,表明此复合深基坑支护技术在本工程上的应用是成功的。
参考文献
[1]李象范,徐水根.复合土钉挡墙的研究[J].上海地质,2004(3):1-11.
[2]CECS96/97，基坑土钉支护技术规程[S]
[3]GB50086-2001，锚杆喷射混凝土支护技术规范